JP7301692B2 - Power supply and image forming apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、電源装置及び画像形成装置に関し、特に、トランス式の高電圧電源装置を用いた画像形成装置に関する。 The present invention relates to a power supply and an image forming apparatus, and more particularly to an image forming apparatus using a transformer type high voltage power supply.
高電圧電源に関して、従来は、トランスの出力電圧と駆動パルス信号の周波数とを対応させたテーブルを用いてトランスを制御する方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。一方、他の従来例では、トランスの出力電圧に対応する駆動パルス信号のデューティに関する情報を記憶したメモリを用いてトランスを制御する方法が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 With respect to high-voltage power supplies, conventionally, there has been proposed a method of controlling a transformer using a table that associates the output voltage of the transformer with the frequency of the drive pulse signal (see, for example, Patent Document 1). On the other hand, another conventional example proposes a method of controlling a transformer using a memory that stores information about the duty of a drive pulse signal corresponding to the output voltage of the transformer (see, for example, Patent Document 2).
通常、トランスを駆動パルス信号の周波数により制御する場合、所定の周波数で出力電圧はピーク値となり、さらに高い電圧を出力することはできない。また、トランスを駆動パルス信号のデューティにより制御する場合、オン幅が所定の幅まで大きくなるとトランスが飽和したり、駆動パルス信号によりオン/オフされる電界効果トランジスタ(FET)の電力が増大したりする。このため、オン幅は所定の値以下に設定する必要がある。このように、トランスを駆動パルス信号の周波数又はデューティで制御する場合には、出力電圧の可変幅に制約がある。したがって、出力電圧の範囲をさらに広げるためには、より高出力のトランスや大電力のFETが必要となるため、装置のコストやサイズが増大するという課題がある。 Normally, when the transformer is controlled by the frequency of the drive pulse signal, the output voltage becomes a peak value at a predetermined frequency, and a higher voltage cannot be output. Further, when the transformer is controlled by the duty of the drive pulse signal, the transformer may saturate when the ON width increases to a predetermined width, or the power of the field effect transistor (FET) that is turned on/off by the drive pulse signal may increase. do. Therefore, it is necessary to set the ON width to a predetermined value or less. In this way, when the transformer is controlled by the frequency or duty of the drive pulse signal, there are restrictions on the variable width of the output voltage. Therefore, in order to further widen the range of the output voltage, a higher output transformer and a higher power FET are required, which raises the problem of increasing the cost and size of the device.
本発明は、このような状況のもとでなされたもので、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a low-cost structure that suppresses the influence of variations in the inductance of a transformer and enables output in a wide voltage range. do.
上述した課題を解決するために、本発明は、以下の構成を備える。 In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
(1)1次巻線及び2次巻線を有するトランスと、前記1次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記1次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、を備え、前記トランスの前記2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び/又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。 (1) a transformer having a primary winding and a secondary winding; and a voltage applied to the primary winding of the transformer, which is connected to the primary winding and turned on or turned on according to an input pulse signal. and a control means for outputting the pulse signal to the switching element to control driving of the transformer, wherein an output voltage corresponding to the voltage induced in the secondary winding of the transformer is provided. A power supply device for outputting, comprising storage means for storing information associating the output voltage with the duty and frequency of the pulse signal, wherein the control means controls the output voltage and the information stored in the storage means. A power supply device characterized by switching the frequency and/or the duty based on.
(2)像担持体と、前記像担持体を帯電する帯電手段と、前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、前記(1)に記載の電源装置と、を備え、前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。 (2) an image carrier; charging means for charging the image carrier; exposure means for forming an electrostatic latent image on the image carrier charged by the charging means; A power supply device comprising: developing means for developing an electrostatic latent image to form a toner image; transfer means for transferring the toner image on the image carrier onto a recording material; and the power supply device according to (1). (2) an image forming apparatus, wherein the output voltage is supplied to at least one of the charging means, the developing means and the transfer means;
本発明によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the influence of variation in the inductance value of the transformer and to output in a wide voltage range with an inexpensive configuration.
以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Preferred embodiments of the present invention will be exemplarily described in detail below with reference to the drawings. However, the components described in this embodiment are merely examples, and the scope of the present invention is not intended to be limited to them.
[電源装置]
図1は、実施例1の高電圧電源装置のブロック図及び回路図を示している。高電圧電源装置は、高電圧を生成する電源ユニット100と、電源ユニット100を制御するCPU3とから構成される。電源ユニット100は、抵抗110、平滑コンデンサ101、スイッチング素子である電界効果トランジスタ(以下、FETという)102、1次巻線及び2次巻線を有するトランス103、高電圧ダイオード105、高電圧コンデンサ106を有している。
[Power supply]
FIG. 1 shows a block diagram and a circuit diagram of a high-voltage power supply device according to a first embodiment. The high-voltage power supply device includes a
CPU3は、抵抗110を介して駆動信号S201を電源ユニット100に出力する。電源ユニット100は、駆動信号S201によりFET102を断続的にスイッチングすることで、トランス103の1次巻線に印加される電圧(電圧Vc(平滑コンデンサ101の電圧))をスイッチングする。すなわち、FET102は、1次巻線に接続され、入力されたパルス信号である駆動信号S201に応じてトランス103の1次巻線に印加される電圧をオン又はオフする。CPU3は、駆動信号S201をFET102に出力し、トランス103の駆動を制御する。これにより、電源ユニット100はスイッチングされた電圧を高電圧化してトランス103の2次巻線に出力する。そして、高電圧化された電圧は高電圧ダイオード105及び高電圧コンデンサ106によって整流・平滑され、高電圧の直流電圧が生成される。このように、電源ユニット100は、トランス103の2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する。
高電圧の直流電圧は、駆動信号S201の周波数及びデューティを変更することにより調整することが可能である。また、電源ユニット100は、記憶手段として不揮発性メモリ150を備えており、CPU3は不揮発性メモリ150を例えばI2C方式などの通信方式により制御する。
The high DC voltage can be adjusted by changing the frequency and duty of the drive signal S201. The
実施例1の電源ユニット100は、生成された高電圧の直流電圧をフィードバックする手段を有していない。高電圧の直流電圧をフィードバックしない回路構成においては、トランス103のインダクタンス値の違いにより出力特性も各々違った特性となる。トランス103のインダクタンス値は、製造上のばらつきで自然に生じるものである。
The
[電源ユニットの出力特性]
図2(a)は、図1の電源ユニット100において、駆動信号S201のオンデューティ(以後、単にデューティと記載する)に対する高電圧の出力特性を示している。なお、駆動信号S201のデューティをオフデューティで制御してもよい。図2(a)は、横軸にデューティ(Duty)、縦軸に高電圧の直流電圧(以下、出力電圧ともいう)を示す。
[Power supply unit output characteristics]
FIG. 2(a) shows high voltage output characteristics with respect to on-duty (hereinafter simply referred to as duty) of the drive signal S201 in the
トランス103は、製造上のばらつきによって生じるインダクタンス値が異なる3つのトランスを用いており、それぞれのインダクタンス値(以下、L値という)をLmin、Ltyp、Lmaxとする(Lmin<Ltyp<Lmax)。駆動信号S201の周波数fはf1、負荷インピーダンスはRとする。デューティがDのときの出力電圧は、図2(a)に示すようにトランス103によって異なる値となる。具体的には、駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLminのトランス103の出力電圧はVLminとなる。駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLtypのトランス103の出力電圧はVLtypとなる。駆動信号S201のデューティがDのとき、L値がLmaxのトランス103の出力電圧はVLmaxとなる。なお、VLmin<VLtyp<VLmaxとの関係が成り立つ。
The
このように、フィードバック制御を行わない回路構成において出力電圧を一定の値に制御する場合には、トランス103のL値のばらつきを考慮し、装置ごとに駆動信号S201の周波数fやデューティDを調整する必要がある。その方法として、電源ユニット100の出力特性を予め測定し、不揮発性メモリ150等に記憶しておく方法が知られている。出力特性は、例えば電源ユニット100の製造ラインで測定される。このように、電源ユニット100の出力特性を予め測定しておくことにより、トランス103のL値ばらつきにかかわらず、出力電圧を任意の値に制御することが可能である。
Thus, when controlling the output voltage to a constant value in a circuit configuration that does not perform feedback control, the frequency f and the duty D of the drive signal S201 are adjusted for each device in consideration of variations in the L value of the
[駆動信号と出力特性の関係]
図2(b)に示す高電圧出力特性は、図1の電源ユニット100において駆動信号S201の周波数f及びデューティDを変化させた場合の出力電圧を示している。横軸は駆動信号S201のデューティD、縦軸は出力電圧であり、それぞれ駆動信号S201の周波数をf1、f2(>f1)に設定した場合の出力特性を示している。なお、負荷インピーダンスは一定の値Rとする。一般的に、高圧インバータトランスは、駆動信号のデューティを大きくし過ぎるとトランスが飽和したり、FETの消費電力が増大したりする。このため、駆動信号のデューティの値は安全性が確保されるデューティの値に設定する必要がある。また、駆動信号のデューティを小さくし過ぎても出力特性が安定しなくなるおそれがあるため、安定して制御できるデューティの値に設定する必要がある。
[Relationship between drive signal and output characteristics]
The high-voltage output characteristic shown in FIG. 2(b) indicates the output voltage when the frequency f and the duty D of the drive signal S201 are changed in the
これらの観点から、許容できる最小・最大のデューティDをそれぞれDmin、Dmaxとする。この場合、図2(b)に示すように、駆動信号S201の周波数fがf1の場合、最小のデューティDminのときの出力電圧をV1min、最大のオンデューティDmaxのときの出力電圧をV1maxとする。また、駆動信号S201の周波数fがf2の場合、最小のデューティDminのときの出力電圧をV2min、最大のデューティDmaxのときの出力電圧をV2maxとする。そうすると、駆動信号S201の周波数fがf1の場合に出力可能な電圧範囲は、V1min~V1maxとなる。一方、駆動信号S201の周波数fがf2の場合に出力可能な電圧範囲は、V2min~V2maxとなる。 From these points of view, allowable minimum and maximum duties D are defined as Dmin and Dmax, respectively. In this case, as shown in FIG. 2B, when the frequency f of the driving signal S201 is f1, the output voltage at the minimum duty Dmin is V1min, and the output voltage at the maximum on-duty Dmax is V1max. . When the frequency f of the driving signal S201 is f2, the output voltage at the minimum duty Dmin is V2min, and the output voltage at the maximum duty Dmax is V2max. Then, when the frequency f of the drive signal S201 is f1, the voltage range that can be output is V1min to V1max. On the other hand, when the frequency f of the drive signal S201 is f2, the voltage range that can be output is V2min to V2max.
ここで、負荷インピーダンスRにおいて、電源ユニット100の出力能力として保証される出力電圧値の範囲(以下、保証出力範囲という)をVx~Vyとする。例えば、保証出力範囲の最小値VxはV1minとV2minの範囲内にあり(V1min≦Vx≦V2min)、保証出力範囲の最大値VyはV1maxとV2maxの範囲内にある(V1max≦Vy≦V2max)。駆動信号S201の周波数fがf1の場合、Vy>V1maxのため高電圧側を出力することができなくなる。逆に、駆動信号S201の周波数fがf2の場合、Vx<V2minのため低電圧側を出力することができなくなる。 Here, at load impedance R, the range of output voltage values guaranteed as the output capability of power supply unit 100 (hereinafter referred to as guaranteed output range) is Vx to Vy. For example, the minimum value Vx of the guaranteed output range is between V1min and V2min (V1min≦Vx≦V2min), and the maximum value Vy of the guaranteed output range is between V1max and V2max (V1max≦Vy≦V2max). When the frequency f of the driving signal S201 is f1, Vy>V1max, so that the high voltage side cannot be output. Conversely, when the frequency f of the driving signal S201 is f2, it becomes impossible to output the low voltage side because Vx<V2min.
そこで、V2min以下の出力電圧を出力する場合には、駆動信号S201の周波数fをf1に設定し、V1max以上の電圧を出力する場合には、駆動信号S201の周波数fをf2に設定する。これにより、要求される出力範囲を満足することができる。なお、V2min以上かつV1max以下の範囲は、駆動信号S201の周波数fがf1、f2どちらの周波数でも出力可能であるため、任意に選択すれば良い。 Therefore, the frequency f of the driving signal S201 is set to f1 when outputting an output voltage of V2min or less, and the frequency f of the driving signal S201 is set to f2 when outputting a voltage of V1max or more. This makes it possible to satisfy the required output range. The range of V2min or more and V1max or less may be selected arbitrarily because the frequency f of the driving signal S201 can be output at either frequency f1 or f2.
以上のように、駆動信号S201の周波数f及びデューティDをともに可変制御することにより、高電圧の出力範囲を広げることが可能となり、幅広い要求仕様に対応することが可能となる。出力範囲を広げるための別の手段としては、高出力のトランスを用いたり、入力電圧調整回路を用いたりする方法があるが、いずれも装置のコストアップとなるため、実施例1の方法が安価な構成で実現可能な手段と言える。 As described above, by variably controlling both the frequency f and the duty D of the drive signal S201, it is possible to widen the output range of the high voltage and to meet a wide range of required specifications. As another means for widening the output range, there are methods such as using a high-output transformer and using an input voltage adjustment circuit. It can be said that it is a means that can be realized with a simple configuration.
[駆動信号の周波数及びデューティの選択方法]
次に、実施例1の特徴である、不揮発性メモリ150に記憶された情報(テーブル)を用いて、駆動信号S201の周波数f及びデューティDを選択する方法について説明する。不揮発性メモリ150には、電源ユニット100の出力電圧の特性を表す情報であるテーブルが予め記憶されている。
[Method for selecting drive signal frequency and duty]
Next, a method of selecting the frequency f and the duty D of the drive signal S201 using the information (table) stored in the
以下、図2(b)の出力特性と対応させて、テーブルの内容を具体的に説明する。出力電圧の範囲はV1min~V2max、出力電圧の最小値V1minに対応する周波数fはf1、デューティDはDminである。出力電圧が低い領域では、駆動信号S201の周波数fはf1で固定し、出力電圧が所定の分解能でV1、V2(>V1)・・・と変化するのに対応して、デューティDはD1、D2(>D1)・・・と変化する。 The contents of the table will be specifically described below in correspondence with the output characteristics of FIG. 2(b). The range of the output voltage is V1min to V2max, the frequency f corresponding to the minimum value V1min of the output voltage is f1, and the duty D is Dmin. In a region where the output voltage is low, the frequency f of the driving signal S201 is fixed at f1, and the duty D is set to D1, V1, V2 (>V1), . D2 (>D1) . . .
出力電圧がV2minになると、駆動信号S201の周波数fをf2に切り替え、デューティDはDminにリセットされる。出力電圧がV2min以上の領域では、駆動信号S201の周波数fはf2に固定し、出力電圧が変化するのに対応して、デューティDはD1、D2・・・と変化する。出力電圧の最大値V2maxに対応する周波数fはf2、デューティDはDmaxである。 When the output voltage reaches V2min, the frequency f of the driving signal S201 is switched to f2, and the duty D is reset to Dmin. In the region where the output voltage is V2min or more, the frequency f of the drive signal S201 is fixed at f2, and the duty D changes to D1, D2, . The frequency f corresponding to the maximum value V2max of the output voltage is f2, and the duty D is Dmax.
CPU3は不揮発性メモリ150と通信して、不揮発性メモリ150に記憶された表1のテーブルを参照する。CPU3は、電源ユニット100が画像形成装置の負荷に供給する出力電圧に応じて、テーブルから駆動信号S201の周波数f及びデューティDを選択する。そして、CPU3は、選択した周波数f及びデューティDで駆動信号S201を制御することで、任意の出力電圧を発生させる。
The
なお、表1では、駆動信号S201の周波数fの切り替えを、出力電圧がV2minに到達したタイミングで行っている。上述したように、出力電圧がV2minとV1maxとの間の領域では、駆動信号S201の周波数fはf1でもf2でもよい。このため、駆動信号S201の周波数fの切り替えを、出力電圧がV1max(デューティDがDmax)でf1からf2に切り替えてもよい。この場合、駆動信号S201のデューティは、周波数f2のときに出力電圧がV1maxに相当するデューティ(>Dmin)にリセットされることとなる。 In Table 1, switching of the frequency f of the drive signal S201 is performed at the timing when the output voltage reaches V2min. As described above, in the region where the output voltage is between V2min and V1max, the frequency f of the driving signal S201 may be either f1 or f2. Therefore, the frequency f of the drive signal S201 may be switched from f1 to f2 when the output voltage is V1max (the duty D is Dmax). In this case, the duty of the drive signal S201 is reset to a duty (>Dmin) corresponding to the output voltage V1max at the frequency f2.
このように、実施例1の表1のテーブルには、次の情報が設定されている。すなわち、第1の電圧範囲であるV1minからV2minまでに対応する第1の周波数であるf1と、第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲であるV2minからV2maxまでに対応する第1の周波数よりも高い第2の周波数であるf2とが設定されている。CPU3は、第1の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201の周波数fとしてf1を選択した状態で駆動信号S201のデューティDを変化させる。また、CPU3は、第2の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201の周波数fとしてf2を選択した状態で駆動信号S201のデューティDを変化させる。
Thus, the following information is set in the table of Table 1 of the first embodiment. That is, a first frequency f1 corresponding to the first voltage range V1min to V2min and a second voltage range continuous to the first voltage range V2min to V2max corresponding to the first frequency f1. A second frequency f2 higher than the frequency is set. When changing the output voltage within the first voltage range, the
以上のように実施例1によれば、安価な構成でトランスのインダクタンス値ばらつきの影響を受けず、かつ幅広い出力電圧範囲に対応した電源装置を提供することが可能となる。なお、実施例1で説明したテーブルでは、駆動信号S201の周波数fをf1、f2の2水準としたが、3水準以上でもよい。さらに、周波数fを切り替え、それぞれの領域で出力電圧とデューティDとを対応させたテーブルとして説明したが、この周波数fとデューティDの関係は逆にしてもよい。すなわち、デューティDを複数の領域で切り替え、それぞれの領域で出力電圧と周波数fとを対応させたテーブルとしてもよい。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to provide a power supply device that has a low cost structure, is not affected by variations in the inductance value of the transformer, and is compatible with a wide range of output voltages. In the table described in the first embodiment, the frequency f of the drive signal S201 has two levels of f1 and f2, but may have three levels or more. Furthermore, although the frequency f is switched and the table corresponding to the output voltage and the duty D in each region has been described, the relationship between the frequency f and the duty D may be reversed. That is, the duty D may be switched in a plurality of regions, and a table may be provided in which the output voltage and the frequency f are associated with each region.
すなわち、表1のテーブルには、次の情報が設定されていてもよい。第1の電圧範囲に対応する第1のデューティと、第1の電圧範囲に連続する第2の電圧範囲に対応する第1のデューティよりも大きい第2のデューティと、が設定されていてもよい。CPU3は、第1の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201のデューティDとして第1のデューティを選択した状態で駆動信号S201の周波数fを変化させる。また、CPU3は、第2の電圧範囲内で出力電圧を変化させる場合、駆動信号S201のデューティDとして第2のデューティを選択した状態で駆動信号S201の周波数fを変化させる。これらの変形例は、トランスの特性や回路構成に応じて適切なテーブル構成を選択すればよい。このように、不揮発性メモリ150には、電源ユニット200の出力電圧と駆動信号S201のデューティ及び周波数とを関連付けた情報が記憶されている。CPU3は、出力電圧と不揮発性メモリ150に記憶された情報であるテーブルとに基づいて、駆動信号S201の周波数又はデューティを切り替える。
That is, the table of Table 1 may include the following information. A first duty corresponding to the first voltage range and a second duty greater than the first duty corresponding to a second voltage range continuous with the first voltage range may be set. . When changing the output voltage within the first voltage range, the
以上、実施例1によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。 As described above, according to the first embodiment, it is possible to suppress the influence of variation in the inductance value of the transformer and to enable output in a wide voltage range with an inexpensive configuration.
[電源装置]
図3(a)は、実施例2の電源ユニット200のブロック図及び回路図を示している。図3(a)の電源ユニット200は、部品点数も少なく安価な構成でフィードバック制御ができるという利点がある。一方、電源ユニット200は、出力電圧のリプルが発生しやすいという課題がある。実施例2では、不揮発性メモリ150に記憶されたテーブルを用いて、出力電圧のリプルを抑制する方法について説明する。
[Power supply]
FIG. 3(a) shows a block diagram and a circuit diagram of the
[フィードバック制御]
まず、回路動作について、トランス103の駆動制御については実施例1と同様であるため説明を省略し、フィードバック制御について説明する。フィードバック手段であるフィードバック部210は、コンパレータ108、抵抗107、109、111、コンデンサ112を有している。フィードバック部210では、CPU3からのPWM信号S202が抵抗111とコンデンサ112により平滑され、PWM信号S202のデューティに応じた直流電圧となってコンパレータ108の+入力端子(非反転入力端子)に入力される。このPWM信号S202のデューティが電源ユニット200の出力電圧の目標値となり、PWM信号S202のデューティと出力電圧とは比例関係を持つ。すなわち、PWM信号S202のデューティが長くなるほど出力電圧は高くなる。
[Feedback control]
First, regarding the circuit operation, the drive control of the
コンパレータ108の-入力端子(反転入力端子)には、出力電圧が抵抗107により降圧され、基準電圧Vrと、抵抗107と、抵抗109とで分圧されたフィードバック電圧が入力される。出力電圧が増加し、コンパレータ108の-入力端子に入力されるフィードバック電圧が+入力端子に入力される目標電圧を超えると、コンパレータ108の出力がローレベルになり、FET102のゲート電圧は0Vになる。この状態を、「駆動信号S201が間引かれている状態」という。駆動信号S201が間引かれると、トランス103の駆動が止まるため出力電圧が低下する。このように、フィードバック部210は、フィードバック電圧が目標値よりも高い場合には、駆動信号S201にかかわらず、FET102によるトランス103の駆動を停止させる。その後、フィードバック電圧が目標電圧を下回ると、FET102は発振を再開し、出力電圧は再び増加する。このような動作を繰り返すことによって出力電圧は維持される。
A negative input terminal (inverted input terminal) of the
実施例2の電源ユニット200は、このような回路動作であるため、必然的に出力電圧にリプルが発生しやすい。さらに、出力電圧のリプルは目標となる出力電圧(以下、目標出力電圧という)と相関がある。図3(b)及び図4は、それぞれ電源ユニット200の出力特性と出力波形とを示している。図3(b)は、横軸に駆動信号S201のデューティ(Duty)を示し、縦軸に電源ユニット200の出力電圧を示す。図4は、(a)に出力電圧がV(a)のときの各波形を示し、(b)に出力電圧がV(b)(<V(a))のときの各波形を示す。具体的には、図4(a)、(b)には、(i)に駆動信号S201の波形を示し、(ii)に電源ユニット200の出力電圧を示す。なお、(ii)には目標出力電圧(出力目標値)を破線で示す。
Since the
図3(b)から、駆動信号S201の周波数fをf1、デューティをDとした場合、電源ユニット200の最大出力電圧はVLmaxとなる。ここで、図3(b)では、負荷インピーダンスをRとし、L値がLmaxのトランス103を用いている。目標出力電圧が最大出力電圧VLmaxに近いV(a)の場合、図4(a)の波形が示すように、駆動信号S201の間引きが少ないため出力電圧のリプルは少ない。一方、目標出力電圧がV(a)よりも低いV(b)の場合、図4(b)の波形が示すように、駆動信号S201の間引きが図4(a)に比べて多くなり出力電圧のリプルが大きくなる。
From FIG. 3B, when the frequency f of the drive signal S201 is f1 and the duty is D, the maximum output voltage of the
すなわち、出力電圧のリプルを抑制するためには、駆動信号S201の周波数f及びデューティDを調整し、電源ユニット200の出力電圧と目標出力電圧との差を小さくすればよい。理想的には出力電圧と目標出力電圧とを等しくして、駆動信号S201が全く間引かれない状態で駆動するのが良い。しかしながら、画像形成装置の負荷の部品ばらつきや環境温度・湿度による負荷変動などの影響により電源ユニット200の出力特性が変化することが考えられる。この影響で電源ユニット200の出力能力が不足する可能性を考慮し、目標出力電圧よりもやや高めの出力能力を持たせる駆動条件が好ましい。
That is, in order to suppress ripples in the output voltage, the frequency f and duty D of the drive signal S201 should be adjusted to reduce the difference between the output voltage of the
次に、実施例2の電源ユニット200に対して、本発明の出力特性テーブルを適用する方法について述べる。実施例1で説明したように、トランス103のインダクタンス値のばらつきにより電源ユニット200の出力特性もばらつきがある。図2(a)の出力特性にばらつきがある場合、Lminでも目標出力電圧を出力できるように駆動信号S201の周波数f及びデューティDの値を設定する必要がある。しかし、同じ設定値でインダクタンス値がLmaxとなるような部品を駆動した場合、出力電圧と目標出力電圧との差が大きくなるため、出力電圧のリプルも大きくなってしまう。
Next, a method of applying the output characteristic table of the present invention to the
そこで、不揮発性メモリ150に予め電源ユニット200の出力特性テーブルを記憶しておくことにより、インダクタンス値のばらつきに応じて適切な周波数f及びデューティDを選択することができるため、出力電圧のリプルを抑制することができる。テーブルの内容や制御方法に関しては実施例1と同様のため説明を省略する。
Therefore, by storing the output characteristic table of the
以上説明したように、実施例2によれば、駆動信号を間引くことにより出力電圧を一定に保つ安価な回路構成でありながら、出力電圧のリプルを抑制した高電圧電源装置を提供することが可能となる。以上、実施例2によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to provide a high-voltage power supply device that suppresses ripples in the output voltage while maintaining a low-cost circuit configuration that keeps the output voltage constant by thinning out the drive signals. becomes. As described above, according to the second embodiment, it is possible to suppress the influence of variation in the inductance value of the transformer and to output in a wide voltage range with an inexpensive configuration.
実施例1及び実施例2では、予め電源ユニット100、200の出力特性テーブルを不揮発性メモリ150に記憶することで、適切な駆動条件を選択する方法について述べた。これらは、画像形成装置の負荷も予め予測できることが前提である。例えば帯電処理であれば用紙と感光ドラム、転写処理であれば用紙と転写ローラ、等負荷が決まっている。このため、画像形成装置の負荷をある程度予測することができる。しかしながら、前述したように部品バラつきや環境温度・湿度、用紙の吸湿状態等によって、負荷の抵抗値は変化するため、このような負荷の抵抗値のばらつきを考慮した設計が必要である。そこで実施例3では、負荷電流検知回路を用いて負荷の抵抗をモニタし、適切な駆動条件を設定する方法について説明する。
In Embodiments 1 and 2, the method of selecting an appropriate drive condition by storing the output characteristic tables of the
[電源装置]
図5は、実施例3における電源ユニット300のブロック図及び回路図を示している。トランス103の駆動制御については実施例1と同様であるため説明を省略し、負荷に流れる電流を検知する検知手段である負荷電流検知回路350について説明する。負荷電流検知回路350は、抵抗113、114、116、117、オペアンプ115を有している。
[Power supply]
FIG. 5 shows a block diagram and a circuit diagram of a
トランス103の2次側に流れる電流は、電源ユニット300から画像形成装置の負荷に供給され、オペアンプ115のGNDから抵抗113、抵抗114を通りトランス103に戻る。したがって、抵抗114の両端の電圧差が分かれば負荷電流を算出できる。オペアンプ115の+入力端子の電圧は電圧Vrの抵抗116、抵抗117による分圧で決まるため既知である。また、抵抗113と抵抗114の間の電圧はCPU3のADポートに接続されているため、CPU3はADポートに入力されたAD値から負荷電流値を算出できる。
A current flowing through the secondary side of the
[出力特性テーブル]
表2は、実施例3の出力特性テーブルの内容を示している。不揮発性メモリ150には、予め負荷電流値に応じた複数のテーブルが記憶されている。これらのテーブルは負荷変動の影響による出力特性の変化に対して、駆動信号S201の周波数fを変化させることで出力特性の変化を相殺するものである。
[Output characteristic table]
Table 2 shows the contents of the output characteristic table of the third embodiment. A plurality of tables corresponding to load current values are stored in advance in the
CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI1未満(負荷電流<I1)であればテーブル1を選択する。CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI1以上I2未満(I1≦負荷電流<I2)であればテーブル2を選択する。CPU3は、負荷電流検知回路350による負荷電流の検知結果がI2以上(I2≦負荷電流)であればテーブル3を選択する。このようにCPU3は、負荷電流検知回路350により検知した電流に応じて不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブル1~3の中から一のテーブルを選択し、駆動信号S201のデューティD及び周波数fを設定する。そして、CPU3は、選択したテーブルに基づいて、テーブルに設定された条件(出力電圧及びデューティに対する周波数)で駆動信号S201を制御する。
The
なお、実施例3では負荷電流の違いに対して周波数fを変化させたテーブルとしたが、これに限るものではない。駆動信号S201のデューティDを変化させて対応することや、周波数f及びデューティDともに変化させて複数のテーブルを作ることも可能である。また、表2では負荷電流値に応じて3つのテーブルから選択する構成としたが、テーブルの数は任意である。これらテーブルの内容や数に関しては、電源ユニット300の負荷特性、画像形成装置の負荷抵抗のばらつき幅、要求される高電圧の出力精度などに応じて、装置ごとに適切に選択すれば良い。
In addition, although the table in which the frequency f is changed with respect to the difference in the load current is used in the third embodiment, the present invention is not limited to this. It is also possible to change the duty D of the drive signal S201 to cope with this, or to change both the frequency f and the duty D to create a plurality of tables. Also, in Table 2, three tables are selected according to the load current value, but the number of tables is arbitrary. The contents and number of these tables may be appropriately selected for each apparatus according to the load characteristics of the
また、実施例3では、負荷電流検知回路350によって実際に負荷電流をモニタする方法について説明したが、環境温度・湿度を検知する環境検知手段であるセンサを用いて負荷抵抗の変動を予測することも可能である。この場合は、記憶手段である不揮発性メモリ150は、温度及び/又は湿度に応じたテーブルを複数記憶している。CPU3は、環境温度・湿度に応じて予め不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブルの中から、センサの検知結果に基づいて適切なテーブルを選択すれば良い。すなわち、CPU3は、温度及び/又は湿度に応じて不揮発性メモリ150に記憶された複数のテーブルの中から一のテーブルを選択し、駆動信号S201のデューティD及び周波数fを設定すればよい。以上のように実施例3によれば、負荷ばらつきの影響により高電圧電源装置の出力特性が変化した場合においても、安価な構成で安定した出力電圧の制御が可能な高電圧電源装置を提供することができる。なお、実施例3で述べた負荷電流検知回路(モニタ)やセンサは、実施例2で説明した駆動信号S201を間引く回路にも適用可能であり、組み合わせは任意である。
In addition, in the third embodiment, a method of actually monitoring the load current by the load
以上、実施例3によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。 As described above, according to the third embodiment, it is possible to suppress the influence of variation in the inductance value of the transformer and to enable output in a wide voltage range with an inexpensive configuration.
実施例1~3の電源ユニット100、200、300は、例えば、レーザプリンタ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられる高電圧電源装置として適用することができる。高電圧電源装置は、画像形成装置の画像形成手段において高電圧が必要となる負荷に対して高電圧を供給する。例えば、像担持体を帯電する帯電部、像担持体に形成された潜像を現像する現像部、像担持体に形成されたトナー像を記録材に転写する転写部などである。以下に、画像形成装置について説明する。
The
[レーザビームプリンタの説明]
図6に画像形成装置の一例として、レーザビームプリンタの概略構成を示す。レーザビームプリンタ1000(以下、プリンタ1000という)は、感光ドラム1010、帯電部1020、現像部1030を備えている。感光ドラム1010は、静電潜像が形成される像担持体である。帯電手段である帯電部1020は、感光ドラム1010を一様に帯電する。露光手段である露光装置1025は、入力された画像データに応じた静電潜像を感光ドラム1010に形成する。現像手段である現像部1030は、感光ドラム1010に形成された静電潜像をトナーにより現像することでトナー像を形成する。感光ドラム1010上(像担持体上)に形成されたトナー像をカセット1040から供給された記録材としてのシートPに、転写手段である転写部1050によって転写する。シートPに転写された未定着のトナー像は定着手段である定着器1060によって定着され、トレイ1070に排出される。この感光ドラム1010、帯電部1020、現像部1030、転写部1050が画像形成手段である画像形成部である。
[Explanation of laser beam printer]
FIG. 6 shows a schematic configuration of a laser beam printer as an example of an image forming apparatus. A laser beam printer 1000 (hereinafter referred to as printer 1000 ) includes a
また、プリンタ1000は、電源装置1080を備え、電源装置1080からモータ等の駆動部と制御部5000へ電力を供給している。電源装置1080は、実施例1~3の電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300を有している。電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300は、帯電部1020、現像部1030、転写部1050の少なくとも1つに出力電圧である高電圧を供給している。制御部5000はCPU3を有している。トランス103の出力電圧に対応する駆動信号S201の周波数f及びデューティDの表1又は表2のテーブルは、電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300が有する不揮発性メモリ150に記憶されている。CPU3が表1又は表2のテーブルを用いてトランス103を制御することにより、安価な構成で、トランス103のインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲で出力電圧を出力することが可能となる。なお、本発明の電源ユニット100、電源ユニット200又は電源ユニット300を適用することができる画像形成装置は、図6に例示された構成に限定されず、例えばカラーの画像形成装置であってもよい。
The
以上、実施例4によれば、安価な構成で、トランスのインダクタンス値のばらつきによる影響を抑制し、かつ、幅広い電圧範囲での出力を可能にすることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to suppress the influence of variation in the inductance value of the transformer and to output in a wide voltage range with an inexpensive configuration.
3 CPU
102 FET
103 トランス
150 不揮発性メモリ
3 CPUs
102 FETs
103
Claims (8)
前記1次巻線に接続され、入力されたパルス信号に応じて前記トランスの前記1次巻線に印加される電圧をオン又はオフするスイッチング素子と、
前記パルス信号を前記スイッチング素子に出力し、前記トランスの駆動を制御する制御手段と、
を備え、前記トランスの前記2次巻線に誘起された電圧に応じた出力電圧を出力する電源装置であって、
前記出力電圧と前記パルス信号のデューティ及び周波数とを関連付けた情報を記憶した記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記出力電圧と前記記憶手段に記憶された情報とに基づいて前記周波数及び/又は前記デューティを切り替えることを特徴とする電源装置。 a transformer having a primary winding and a secondary winding;
a switching element connected to the primary winding for turning on or off the voltage applied to the primary winding of the transformer according to the input pulse signal;
a control means for outputting the pulse signal to the switching element and controlling driving of the transformer;
A power supply device that outputs an output voltage according to the voltage induced in the secondary winding of the transformer,
storage means for storing information associating the output voltage with the duty and frequency of the pulse signal;
The power supply device, wherein the control means switches the frequency and/or the duty based on the output voltage and the information stored in the storage means.
前記制御手段は、前記第1の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第1の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させ、前記第2の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号の周波数として前記第2の周波数を選択した状態で前記パルス信号のデューティを変化させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The information includes a first frequency corresponding to a first voltage range and a second frequency corresponding to a second voltage range continuous with the first voltage range,
When changing the output voltage within the first voltage range, the control means changes the duty of the pulse signal with the first frequency selected as the frequency of the pulse signal, and changes the duty of the second pulse signal. 2. The power supply device according to claim 1, wherein when the output voltage is changed within the voltage range, the duty of the pulse signal is changed while the second frequency is selected as the frequency of the pulse signal.
前記制御手段は、前記第1の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第1のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させ、前記第2の電圧範囲内で前記出力電圧を変化させる場合、前記パルス信号のデューティとして前記第2のデューティを選択した状態で前記パルス信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項1に記載の電源装置。 The information includes a first duty corresponding to a first voltage range and a second duty corresponding to a second voltage range continuous with the first voltage range, and
When changing the output voltage within the first voltage range, the control means changes the frequency of the pulse signal with the first duty selected as the duty of the pulse signal, and changes the frequency of the pulse signal to change the second duty. 2. The power supply device according to claim 1, wherein when the output voltage is changed within the voltage range, the frequency of the pulse signal is changed while the second duty is selected as the duty of the pulse signal.
前記制御手段は、前記出力電圧の目標値を前記フィードバック手段に出力し、
前記フィードバック手段は、前記フィードバック電圧が前記目標値よりも高い場合には、前記パルス信号にかかわらず、前記スイッチング素子による前記トランスの駆動を停止させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電源装置。 A feedback means for receiving a feedback voltage corresponding to the output voltage,
The control means outputs a target value of the output voltage to the feedback means,
4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the feedback means stops driving the transformer by the switching element regardless of the pulse signal when the feedback voltage is higher than the target value. The power supply device according to any one of claims 1 to 3.
前記記憶手段は、負荷に流れる電流に応じた前記情報を複数記憶し、
前記制御手段は、前記検知手段により検知した電流に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。 A detection means for detecting a current flowing through a load to which the output voltage is supplied,
The storage means stores a plurality of pieces of information according to the current flowing through the load,
The control means selects one of the plurality of information stored in the storage means according to the current detected by the detection means, and sets the duty and frequency of the pulse signal. The power supply device according to any one of claims 1 to 4.
前記制御手段は、前記温度及び/又は前記湿度に応じて前記記憶手段に記憶された複数の前記情報の中から一の情報を選択し、前記パルス信号のデューティ及び周波数を設定することを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電源装置。 The storage means stores a plurality of the information according to temperature and/or humidity,
The control means selects one piece of information from a plurality of pieces of information stored in the storage means according to the temperature and/or the humidity, and sets the duty and frequency of the pulse signal. The power supply device according to any one of claims 1 to 4.
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電源装置と、
を備え、
前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給することを特徴とする画像形成装置。 an image carrier;
charging means for charging the image carrier;
exposing means for forming an electrostatic latent image on the image carrier charged by the charging means;
developing means for developing the electrostatic latent image formed by the exposing means to form a toner image;
a transfer means for transferring the toner image on the image carrier onto a recording material;
A power supply device according to any one of claims 1 to 6;
with
The image forming apparatus, wherein the power supply device supplies the output voltage to at least one of the charging device, the developing device and the transfer device.
前記像担持体を帯電する帯電手段と、
前記帯電手段により帯電された前記像担持体に静電潜像を形成する露光手段と、
前記露光手段により形成された静電潜像を現像しトナー像を形成する現像手段と、
前記像担持体上のトナー像を記録材に転写する転写手段と、
温度及び/又は湿度を検知する環境検知手段と、
請求項6の電源装置と、
を備え、
前記電源装置は、前記帯電手段、前記現像手段及び前記転写手段の少なくとも1つに前記出力電圧を供給し、
前記制御手段は、前記環境検知手段の検知結果に基づいて、複数の前記情報の中から一の情報を選択することを特徴とする画像形成装置。 an image carrier;
charging means for charging the image carrier;
exposing means for forming an electrostatic latent image on the image carrier charged by the charging means;
developing means for developing the electrostatic latent image formed by the exposing means to form a toner image;
a transfer means for transferring the toner image on the image carrier onto a recording material;
environmental sensing means for sensing temperature and/or humidity;
The power supply device of claim 6;
with
the power supply device supplies the output voltage to at least one of the charging means, the developing means and the transfer means;
The image forming apparatus, wherein the control means selects one piece of information from the plurality of pieces of information based on the detection result of the environment detection means.
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